Refrigeração por Compressão a Vapor: Ciclos de Carnot e Saturado Simples, Esquemas de Refrigeração e Ar Condicionado

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TM

TM-

-182 REFRIGERA

182 REFRIGERAÇÃ

ÇÃO E CLIMATIZA

O E CLIMATIZAÇÃ

ÇÃO

O

Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

Universidade Federal do ParanáSetor de TecnologiaDepartamento de Engenharia Mecânica

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO

Os sistemas de refrigeração por compressão a vapor são osmais usados dentre todos os sistemas de refrigeração. A refrigeração é obtida com o refrigerante evaporando a baixastemperaturas. O sistema opera a trabalho sob a forma de energia mecânicanecessária para movimentar o compressor (sistemas mecânicosde refrigeração). Disponível para atender quase todas as aplicações de refrigeraçãocom capacidades desde poucos watts até alguns megawatts.

todos os processos são ideais:

não existe atrito;

não existe troca de calor, somente as indicadas no ciclo;

modelo perfeito de refrigeração;

usado como referência para comparação com o ciclo real.

2.1 CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT

Em 1824 Sadi Carnot, publicou um tratado denominado:

Reflections Reflections

ofof

the the

Motive Motive

Power Power

ofof

Heat Heat

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.1 CICLO DE REFRIGERAÇÃO DE CARNOT

q

c

T

T

=

∆

c

T

e

f

T

T

=

∆

e

T

↓

∆

↑

↑

=

T

U

A

Q

)

/(

e

c

e

T

T

T

COP

=

Dificuldades práticas:

compressão úmida;

extração de trabalho por expansão

de líquido saturado na turbina, não éviável economicamente;

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.2 CICLO ELEMENTAR DE REFRIGERAÇÃO

O

refrigerante

R-

a

pressão

atmosférica (101,325 kPa) absorvecalor e evapora a –40,

o

C.

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR 2.3.2 Diagrama Pressão-Entalpia, P-h

Sistema Internacional:

h

1

=200 kJ/kg e

s

1

=1,0 kJ/kg K, T=

o

C.

2.3.3 Dados termodinâmicos: Tabelas e Cartas

VAPOR ÚMIDO

Ponto crítico

LÍQUIDO

VAPOR

SUPER AQUECIDO

LÍQUIDO SATURADO

VAPOR SATURADO SECO

s = const

ν

= const

t = const

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR 2.3.4 Processos do ciclo de refrigeração

EXPANSÃO (3-4)

EVAPORAÇÃO (4-1)

COMPRESSÃO (1-2)

CONDENSAÇÃO (2-3)

CD

EV

VE

CP

CP

CD

EV

Q

c e

Q

cp

W

LADO DE ALTA PRESSÃO

LADO DE BAIXA PRESSÃO

VE

CÂMARA FRIA

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR 2.3.5 Cálculos no Ciclo Saturado Simples:

)

h

(h

ER

4

1

−

=

)

h

(h

m ) h - h m Q

3

1

4

1

e

&

&

&

=

=

(

h

(h

Q

m

4

1

e

1

m

V

ν

&

&

=

)

h

(h

ER

0

4

perda

−

=

EXPANSÃO

EVAPORAÇÃO

CONDENSAÇÃO

COMPRESSÃO

CALOR TOTAL REJEITADO

L

S

EFEITO DE

REFRIGERAÇÃO

FLASH

GAS

CALOR DE

COMPR.

t

c

t

e

p

c

p

e

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.3 CICLO SATURADO SIMPLES DE COMPRESSÃO A VAPOR 2.3.5 Cálculos no Ciclo Saturado Simples:

) h - h m W

1

2

cp

isen

cp

real

cp,

W

W

) h - h m Q

3

2

c

h

(h

h

(h

W

Q

COP

1

2'

4

1

cp

e

EXPANSÃO

EVAPORAÇÃO

CONDENSAÇÃO

COMPRESSÃO

CALOR TOTAL REJEITADO

L

S

EFEITO DE

REFRIGERAÇÃO

FLASH

GAS

CALOR DE

COMPR.

t

c

t

e

p

c

p

e

2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR

2.4.1 Superaquecimento do Vapor de Sucção:

e

s

t

t

S

A

O Que O Que é

é?

Onde ocorre? Onde ocorre?

Na LS fora da c Na LS fora da câ

âmara

mara

Em um TC fora da c Em um TC fora da câ

âmara

mara

C/ RU

C/ RU

S/ RU

S/ RU

c

e

e

p

t

p

c

t

t

s

SA

No final do evaporador No final do evaporador

Na LS dentro da c Na LS dentro da câ

âmara

mara

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO

2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR

2.4.1 Superaquecimento do Vapor de Sucção:

c

e

e

p

t

p

c

t

t

s

SA

Evita

chegar

refrigerante

no

estado

líquido

no

compressor.

Porém o SA não deve ser

elevado pois o vapor tem afunção

de

resfriar

o

compressor.

Qual a import Qual a importâ

ância do SA?

ncia do SA?

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR 2.4.2 Subresfriamento do Líquido Refrigerante:

c

p

e

t

e

p

SR

l

t

t

c

Qual a import Qual a import

â â

ncia do SR? ncia do SR?

Garante refrigerante no estado líquido chegando à VE.

Aumenta o ER.

2. SISTEMAS DE COMPRESSÃO A VAPOR DE ÚNICO ESTÁGIO 2.4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR

CICLO REAL DE UM EQUIPAMENTO DE AR CONDICIONADO

CP

35 C

o o

48 C

14 C

o o

24 C

p

= 2100 kPa

c

p

= 2100 kPa

c

t = 88 C

o

o

t = 46,4 C

p t = 54,4 C

= 2100 kPa

o

c

p t = 8 C

= 400 kPa

c

o o

c

p t = 0 C

= 400 kPa

p

= 400 kPa

t = 0 C

c

o

t = 46,4 C t = 88 C p

= 2100 kPa

p

= 2100 kPa

o

35 C

c

p

= 2100 kPa

c

o

CD

48 C

o

c

o

p

= 400 kPa

t = 0 C

c

o

24 C

o

VE

o

EV

o

c

p

= 400 kPa

t = 8 C

p t = 0 C

= 400 kPa

o

c

14 C

o

Ar externo

Ar interno

Refrigerante